Оптимизация уборки зерновых колосовых культур. Методические указания для выполнения практической работы № 16

рости движения v = 1,7-2 м/с. По рассчитанному по формуле (16.1) значению Вр

из таблицы 16.3 выбирают соответствующую жатку с конструктивной шириной захвата Вк. На этом завершается выбор эффективного для заданных условий зерноуборочного комбайна.

Далее следует выбрать эффективные транспортные средства для перевоз-

ки зерна от комбайнов, включая грузовые автомобили и тракторный транспорт.

При прочих равных условиях наиболее эффективны автомобили-самосвалы, так как для них не требуются специальные разгрузочные устройства типа опроки-

дывателей, необходимых для бортовых автомобилей. Тракторный транспорт более эффективен при расстояниях перевозки зерна до 5 км в сложных дорож-

ных условиях. Для грузовых автомобилей, включая бортовые и самосвалы, оп-

тимальными по минимуму приведенных затрат являются следующие сочетания расстояния перевозки зерна и грузоподъемности QгНО: lг = 5 км, QгНО = 4 т; lг =

5-10 км, QгНО = 5 т; lг = 10-15 км, QгНО = 5,5 т; lг = 15-20 км, QгНО = 6,5 т; lг = 20-25 км, QгНО = 7,0; lг = 25-30 км, QгНО = 7,5 т; lг = 3040 км, Qгно = 8 т.

На основании приведенных данных из таблицы 16.4 можно выбрать эф-

фективное транспортное средство с номинальной грузоподъемностью ОгН, от-

вечающей условию ОгН > ОгHO и равной или кратной массе зерна в бункере комбайна. Плотность бункерного зерна пшеницы равна 0,6-0,83 т/м3, ржи –

0,63-0,78, ячменя – 0,55-0,75, овса – 0,4-0,5 т/м3. В расчетах можно принять средние значения плотности из указанных диапазонов. Бункерное зерно являет-

ся грузом первого класса при коэффициенте использования грузоподъемности

кг = 1 (зерно овса считают грузом второго класса при кг = 0,85).

11

Таблица 16.4

Основные параметры транспортных средств, используемых на пере-

возке зерна от комбайнов

При хороших дорожных условиях в составе автопоездов используют так-

же прицепы следующих типов: ГКБ-819 с автомобилем-самосвалом ЗИЛ-

ММЗ-554М (грузоподъемность 5 т, вместимость кузова 6,4 м3, масса 3050 кг);

ГКБ-8527 с автомобилем-самосвалом КамАЗ-55102 (грузоподъемность 7 т,

вместимость кузова 7,87 м3, масса 4594 кг).

Для послеуборочной обработки зерна в хозяйствах применяют зерноочи-

12

стительные агрегаты ЗАВ-25, ЗАВ-40 и ЗАВ-50, а также зерноочистительно-

сушильные комплексы КЗС-50.

Влажность зерна для длительного хранения должна быть не более 14% при наличии сорной примеси в зерне пшеницы до 1% и плотности 0,73-0,76 т/м3. Аг-

регаты типа ЗАВ предназначены для послеуборочной обработки (прием, очистка,

временное хранение) зерна с влажностью до 18% и засоренностью до 20%. Зер-

ноочистительно-сушильные комплексы типа КЗС предназначены для приема,

очистки и сушки продовольственного и фуражного зерна. При влажности зерна до

20% используют также естественную сушку путем перелопачивания.

Высокопроизводительные агрегаты ЗАВ-50 и КЗС-50 рекомендуют для хозяйств с валовым сбором зерна всех культур более 6000 т. В пределах данно-

го задания можно использовать агрегаты меньшей производительности типа

ЗАВ-25 и КЗС-25 с учетом вида заданной послеуборочной обработки зерна в таблице 16.5. Возможно с учетом местных условий использование агрегатов и других типов.

Таблица 16.5

Производительность агрегатов для послеуборочной обработки зерна

После выбора эффективных ресурсосберегающих зерноуборочных ком-

байнов, транспортных средств и агрегатов для послеуборочной обработки зерна необходимо изложить основные рекомендации по их комплектованию в соот-

ветствии с операционной технологией выполнения работ.

Общее требуемое число агрегатов каждого вида получим по аналогии с

13

предыдущими заданиями. Сначала по формуле (12.1) рассчитываем норматив-

ное (в расчете на 100 га) число зерноуборочных комбайнов тн (с точностью до двух знаков после запятой), а затем по формуле (12.8) принимаем округленное целое число комбайнов mz для любой другой площади посевов Fc зерновых ко-

лосовых культур. Как указано ранее, оптимальная календарная продолжитель-

ность уборки Дк = 5-7 дней. Однако при этом требуется большое число комбай-

нов, поэтому зональные исследовательские институты рекомендуют следую-

щие значения Дк: 6 дней – для Северо-Кавказского района, 7 – для Поволжского района, 10 дней – для всех остальных районов. Затягивание сроков уборки свя-

зано с большими потерями зерна. Например, для озимой пшеницы эти потери составляют: 4,1% при Дк = 4-7, 16,2% при Дк = 11-13 и 27,3% при Дк = 17-20.

Коэффициент использования календарного времени уборки можно принять равным 0,9 для Центрально-Черноземного, Поволжского и Северокавказского районов и 0,8 для всех остальных районов.

Производительность зерноуборочного комбайна можно определить по формуле

где Wmн – производительность комбайна в нормальных условиях, га/ч;

Коб – обобщенный поправочный коэффициент, учитывающий отклонение усло-

вий уборки от нормальных; Пн – пропускная способность выбранного комбай-

на, кг/с; U – урожайность, т/га (см. табл. 9.1); τ – коэффициент использования времени смены.

Для δс отношения массы незерновой части урожая к массе зерна можно принять среднее значение δС = 1,5.

Обобщенный поправочный коэффициент

где кв, кс, кп, кк – частные поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно влажность хлебной массы, засоренность, полеглость и вид уби-

раемой культуры.

Так, диапазонам влажности хлебной массы 13-18, 18-22, 22-26, 26-32%

соответствуют значения кв, равные 1, 0,91, 0,65, 0,5. Аналогично при засорен-

ностях 10, 20, 30, 40, 50, 60% значения кс следующие: 0,89, 0,84, 0,78, 0,71, 0,69, 0,57. При средней и повышенной полеглостях соответственно принимаем

кп = 0,85 и кп = 0,7. Для безостой и остистой пшеницы имеем кк = 0,8 и кк = 0,9.

Из приведенных данных следует выбрать те значения поправочных коэф-

фициентов, которые соответствуют местным условиям. При нормальных усло-

виях работы следует принять Коб = 1. Значения коэффициента сменности ксм

при тсм = 7 ч и γгт = 0,96 следующие: 1,14-1,71 — для Нечерноземной зоны;

2,57-3,14 — Южно-степной зоны; 1,43-1,71 — Урало-Сибирской зоны.

Значения коэффициента использования времени смены τ можно выбрать

по нормативным данным, приведенным в таблице 16.6.

Таблица 16.6

Значения коэффициента использования времени смены для зерно-

уборочных комбайнов

15

Продолжение таблицы 16.6

Урожайность 4-6 т/га

Эти значения τ даны для тех сочетаний длины гона, урожайности и про-

пускной способности комбайна, при которых удовлетворяются требования ре-

сурсосбережения и высокой производительности.

На основании приведенных данных можно рассчитать производитель-

ность зерноуборочного комбайна Wm а затем их нормативное mн∑ и общее m∑

требуемые числа.

Нормативное (в расчете на 100 га) nн∑ и общее n∑ число транспортных средств рассчитаем из условия их взаимосвязанной поточной работы с зерно-

уборочными комбайнами:

При прямых перевозках зерна от комбайнов (без технологического ком-

пенсатора в виде полевого зернотока или другого накопителя зерна) коэффици-

енты сменности комбайнов ксм.m и транспортных средств ксмn одинаковые: ксмm

= ксмn. В других случаях следует использовать конкретные данные из хозяй-

ства. Из равенства (16.4) видно, что при наличии технологического компенса-

тора перевозка зерна может продолжаться после остановки комбайнов. Тогда соответственно возрастает ксмn при меньшей потребности в транспортных сред-

ствах. Выгрузку зерна из бункера целесообразно производить при остановлен-

ном комбайне в заранее намеченных пунктах. При этом меньше уплотняется

16

почва транспортными средствами и менее напряженной становится работа комбайнера.

При такой форме организации работы производительность транспортного

где tn – общая продолжительность цикла транспортного средства, ч; в –

продолжительность выгрузки зерна из бункера, ч; tраз – время разгрузки зерна,

включая взвешивание и оформление документов, ч.

Значения Qгн и кг приведены ранее, а расстояние lг перевозки зерна от комбайна – в таблице 16.1.

Средняя техническая скорость автомобилей vтex при перевозке зерна со-

ставляет примерно 28-32 км/ч в зависимости от типа автомобиля и дорожных условий. Для тракторов с прицепами по дорогам второй категории рекомендо-

ваны следующие значения vтeх: 19, 23, 26 км/ч соответственно для МТЗ-80/82,

Т-150К и К-701. По нормативным и статистическим данным можно принять также tв = 0,066 ч, tpaз = 0,12 ч. Таким образом, равенства (16.2)-(16.5) с учетом других приведенных данных позволяют определить нормативное и общее по-

требное число зерноуборочных комбайнов и транспортных средств.

Нормативное nа.н∑ и общее nа∑ потребное число агрегатов для послеубо-

рочной обработки зерна можно определить по формулам:

где Wа – производительность агрегата, т/ч; ксм.а – коэффициент сменно-

сти агрегата; εа – коэффициент, учитывающий одновременную обработку зерна других культур, εа > 1.

17

Значение Wa можно определить с учетом соответствующей чистой про-

изводительности Па (см. табл. 16.5):

где τа – коэффициент использования времени смены.

Агрегаты рассматриваемого типа работают непрерывно 5-7 дней, после чего их подвергают очистке и техническому обслуживанию. Исходя из этого, в

формулах (16.6), (16.7) можно приближенно принять ксм.а = 3 и τа = 0,85. Мож-

но использовать и более точные местные данные. При отсутствии местных дан-

ных можно выбрать εа = 1-1,3.

В состав уборочно-транспортного звена включают в оптимальных про-

порциях зерноуборочные комбайны, транспортные средства и агрегаты для по-

слеуборочной обработки зерна, с учетом указанных ранее преимуществ груп-

пового использования агрегатов. Важнейшие из этих преимуществ — более эффективное использование уборочных и транспортных агрегатов, возмож-

ность уборки урожая на каждом поле почти в оптимальные сроки (за 1-3 дня) и

освобождения его для последующих работ.

В состав уборочно-транспортных комплексов включают 2-3 уборочно-

транспортных звена и звенья для уборки незерновой части урожая, послеубо-

рочной обработки почвы, технического и других видов обслуживания техники и механизаторов. В данном задании рассматриваются задачи оптимизации со-

става только уборочно-транспортного звена и обеспечения его эффективной ра-

боты. Число т комбайнов в звене следует определять на основании формул

(13.1) и (13.2) при Дп = 1-3, Тсм = 7 ч, ксм = 1,5 и ранее полученных значений производительности Wm и площади поля (см. табл. 16.1). Сначала следует при-

нять Дп =1 и если m < 5, то оставить этот срок уборки одного поля. Если усло-

вие не соблюдается, т. е. т > 5, то следует принять Дп = 2 и т. д. Если при Дп = 3

получено т > 5, то следует составить два и более уборочно-транспортных зве-

18

ньев с соблюдением условия 1 < m < 5 и одно из них рассматривать в последу-

ющих расчетах.

Число транспортных средств в звене (при упрощенном варианте расчета):

см.= см..

Основным недостатком упрощенного расчета по формуле (16.8) является пренебрежение потерями времени и средств, связанными с взаимным ожидани-

ем комбайнов и транспортных средств. В связи с этим с позиций ресурсосбере-

жения целесообразно определить оптимальное число транспортных средств nO,

обеспечивающее минимум потерь от взаимного ожидания Cmnmin.

Соответствующий критерий оптимальности в общем случае имеет вид

где m0, n0 – среднее число простаивающих во взаимном ожидании соот-

ветственно комбайнов и транспортных средств; Сm, Сn – стоимость 1 ч простоя соответственно комбайна и транспортного средства, р/ч.

Чтобы исключить влияние изменчивости Ст и Сп в рыночных условиях,

целесообразно перейти к относительным безразмерным затратам:

Поскольку значения Ст и Сп изменяются примерно пропорционально, то отношение будет оставаться стабильным. Кроме того, Ст и Сп зависят от опто-

19

вых цен комбайна Цт и транспортного средства Цп, поэтому вместо выражения

(16.10) на практике удобнее расчеты проводить по эквивалентному критерию оптимальности:

При этом значения Цт и Цп можно взять за любой один год. При отсут-

ствии более точных данных применительно к местным условиям можно ис-

пользовать среднее значение отношения Цт/Цп = 2,53.

Взаимосвязанную работу зерноуборочных комбайнов и транспортных средств в составе уборочно-транспортного звена можно считать типичной си-

стемой массового обслуживания с ожиданием. Поэтому значения т0 и п0 можно определить методами теории массового обслуживания. Такая задача предлага-

ется в качестве студенческой исследовательской работы на базе ЭВМ.

Далее изложен упрощенный вариант решения рассматриваемой задачи.

При этом сначала определяем оптимальное число транспортных средств для перевозки зерна от одного комбайна, а затем, вводя поправочные коэффициен-

ты, получаем результаты оптимизации для звена в целом.

Критерий оптимальности при m=1 имеет вид

где Pm0 – вероятность простоя комбайна из-за отсутствия транспортного средства в момент заполнения бункера зерном.

Методами теории массового обслуживания получим:

20